AMMASSI DI GALASSIE. Marco Castellano.

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1 AMMASSI DI GALASSIE Marco Castellano

2 AMMASSI DI GALASSIE Gli oggetti più grandi dell Universo: 1) Un breve viaggio verso l Ammasso più vicino a noi 2) Quanto sono grandi: la loro massa e i modi per misurarla 3) Non solo galassie: le proprietà della materia che li compone 4) Gli Ammassi e la nostra comprensione dell Universo

3 Distanza Terra-Sole=150 mil. Km (1 ua) Distanza Plutone-Sole 40 ua Il Voyager 1 ha impiegato 35 anni Sistema Solare : a.l. per raggiungerne i confini (120 ua) viaggiando a 17 Km/s

4 La nostra Galassia: Dimensione: anni luce (130 milioni di volte il Sistema Solare) Distanza del Sole dal centro della Galassia: anni luce Contiene 100 miliardi di stelle

5 La nostra Galassia: Dimensione: anni luce (130 milioni di volte il Sistema Solare) Distanza del Sole dal centro della Galassia: anni luce

6 Il Gruppo Locale La Via Lattea e Andromeda sono le due galassie più grandi tra le oltre 50 nelle nostre vicinanze. Distanza tra la Via Lattea e Andromeda: 2.5 milioni di anni luce.

7 Sistema Solare a.l. Stella piu vicina al Sole 4 a.l. Via Lattea a.l. Dist. Gal. di Andromeda a.l. Dist. Ammasso di Virgo a.l.

8 L AMMASSO DI GALASSIE DI VIRGO Credits: R. B. Andreo, blog.deepskycolors.com

9 L AMMASSO DI GALASSIE DI VIRGO

10 L AMMASSO DI GALASSIE DI VIRGO Contiene 1300 galassie Distanza da noi: 54 milioni di anni luce Diametro: 8 milioni di anni luce Diametro in cielo: 10 gradi 20 volte più grande della luna

11 Ammassi di Galassie: la Massa totale L intensita del campo gravitazionale imprime velocita alle galassie. V 2 GM R Misuriamo le velocità del moto delle galassie all interno dell Ammasso per misurarne la massa totale.

12 V c

13 Ammassi di Galassie: la Massa totale L intensita del campo gravitazionale imprime velocita alle galassie. V 2 GM R Le galassie negli ammassi si muovono a migliaia di Km/s M = M sole = M sole 1 milione di miliardi di volte la massa del Sole!

14 Geometria Spazio-Tempo Contenuto di massa-energia

15 Da cosa è composto un Ammasso? Galassie, in gran parte ellittiche : Le più grandi hanno masse di miliardi di volte la massa del Sole. M87, nell Ammasso di Virgo

16 Sommiamo la massa di tutte le galassie: è solo il 2% della massa totale! Dov è il resto?

17 Una prima sorpresa: guardiamo un Ammasso con uno strumento in grado di vedere i raggi X

18 Optical: NASA/STSci-I X-ray: NASACXCMIT Peng et al. Una prima sorpresa: guardiamo un Ammasso con uno strumento in grado di vedere i raggi X

19 Con masse M = M sole la materia raggiunge T di centinaia di milioni di gradi. KT GM R

20 KT e 2 n 1/3 Rapporto tra energia termica ed energia elettrostatica: il plasma negli ammassi si comporta come un semplice gas ma composto di particelle cariche. La densità del plasma all interno degli Ammassi è di sole 1000 particelle per m 3 : ciò lo rende il miglior plasma in natura.

21 Le particelle cariche del plasma interagendo emettono radiazione di frenamento ad altissima energia : raggi X.

22 L atmosfera blocca radiazione con lunghezza d onda piu piccola di 3800A. I raggi X sono osservabili solo a quote elevatissime (>100 km).

23 I moderni telescopi X sono 100 milioni di volte più sensibili dei primi strumenti usati negli anni 60. Un progresso tecnologico pari a quello raggiunto in 4 secoli dai telescopi ottici. XMM 1962 UHURU: 1970 Chandra

24 1949: prima immagine X della corona Solare (Friedman, US Naval Res Lab) 1962: Sco X-1 prima sorgente X fuori dal sistema solare (Giacconi, Gursky, Paolini, Rossi) 1970: lancio di Uhuru, primo satellite per osservazioni X osserva tutto il cielo individuando 339 sorgenti. 1971: scoperta dell emissione X negli Ammassi (Cavaliere, Gursky, Tucker) 1978: Satellite Einstein, il primo in grado di ottenere vere immagini X. 1990: Satellite ROSAT, oltre 1000 Ammassi X sino a 8 mld di anni luce da noi (Rosati et al. 2002). 1999: Lancio di Chandra e XMM. Osservazioni più profonde mai ottenute (Chandra, 1Ms, Giacconi et al. 2002). 2011: XMM osserva l Ammasso X più distante a 10.4 miliardi di a.l. da noi (Gobat et al. 2011).

25 Grazie ai telescopi X su satellite si sono potuti studiare centinaia di Ammassi, sino a distanze di 10 miliardi di anni luce da noi.

26 Il plasma negli Ammassi non è sempre un ambiente tranquillo

27

28 Il plasma negli Ammassi non è sempre un ambiente tranquillo

29 Randall et al Il Plasma interagisce con le Galassie, strappando via parte del gas che contengono

30 Ioni ed elettroni del Plasma da quali atomi provengono? In gran parte da idrogeno ed elio: 0.5% da atomi prodotti da reazioni nucleari all interno delle stelle e poi dispersi nello spazio. Il Plasma di un Ammasso può contenere una massa in Ferro pari a 100 miliardi di volte la massa del Sole!

31 Conoscendo composizione e densità del plasma e il volume dell Ammasso possiamo calcolarne la massa totale: 6 volte la massa di tutte le galassie. 2% 12% + = 14% M Galassie+plasma sono solo il 14% della massa totale! Cosa manca?

32 La Materia Oscura: una nuova forma di materia di cui vediamo solo l effetto gravitazionale Clowe et al Le particelle di Materia Oscura non interagiscono tra loro come le particelle cariche che compongono il Plasma : i due Ammassi si attraversano l un l altro

33 Oggi siamo in grado di simulare al computer la formazione delle strutture e degli Ammassi: la presenza di Materia Oscura è indispensabile a spiegare perché l Universo è così come lo vediamo Credit: Center for Cosmological Physics

34 Conclusioni Ammassi di Galassie: I più grandi oggetti dell Universo - grandi milioni di anni luce, - masse milioni di miliardi la massa del Sole - migliaia di galassie - il miglior esempio di plasma in natura - materia oscura: 85% della massa Springel et al Un significativo esempio di Astrofisica: 1) Osserviamo materia in condizioni non riproducibili in laboratorio 2) Elaboriamo nuovi strumenti per capirne le proprietà 3) Applichiamo le leggi della Fisica per studiare gli Ammassi 4) lo studio degli Ammassi ci rivela qualcosa di nuovo sulla Fisica stessa

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